CN111492275A - 发光装置 - Google Patents

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Abstract

发光装置(100)具备：第一荧光体层(1)，其含有包含被Ce3+活化的无机荧光体的第一荧光体；和第二荧光体层(2)，其包含被Ce3+活化的无机荧光体且包含与第一荧光体不同的第二荧光体。第二荧光体层与第一荧光体层分开地设置。发光装置进一步具备：光学过滤器(3)，其设置于第一荧光体层与第二荧光体层之间；和激发源(6)，其放出激发第一荧光体及第二荧光体中的至少一者的光。第二荧光体具有将第一荧光体所发出的第一荧光(41)的至少一部分吸收的光吸收特性。光学过滤器将第一荧光体所发出的第一荧光的至少一部分反射，且使第二荧光体所发出的第二荧光(42)透射。

Description

发光装置
技术领域
本发明涉及发光装置。详细而言，本发明涉及将固体发光元件、特别是将激光二极管与荧光体组合而成的发光装置。
背景技术
以往，已知有将固体发光元件与包含荧光体的波长转换体组合而成的发光装置。作为这样的发光装置，已知有例如白色LED光源或激光照明装置、激光投影仪。
在利用激光的发光装置中，为了缓和伴随激发荧光体的光的功率密度的增加而引起的光输出饱和，优选利用放出超短余辉性的荧光的Ce3+活化荧光体。而且，通过将放出绿色系(蓝绿色或绿色)的荧光的Ce3+活化荧光体与放出暖色系(橙色或红色)的荧光的Ce3+活化荧光体组合利用，从而能够实现高演色性的照明光。
另外，一直以来，还已知有通过具备带通滤波器而提高了光取出效率的发光装置。在专利文献1中公开了一种发光装置，其具有基板、配置于该基板上的发光元件、含荧光体层和由包含多个介电体层的多层膜制成的带通滤波器。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本专利第6163754号公报
发明内容
一般而言，暖色系的Ce3+活化荧光体具有高效地吸收蓝～蓝绿的光成分的特性。另外，绿色系的Ce3+活化荧光体所放出的绿色系光具有宽幅的荧光光谱形状。因此，在暖色系的Ce3+活化荧光体与绿色系的Ce3+活化荧光体相靠近的发光装置中，有可能绿色系的Ce3+活化荧光体所放出的短波长侧的光成分(蓝色～蓝绿色)会被暖色系的Ce3+活化荧光体吸收。其结果是，有可能蓝色～蓝绿色的强度降低、输出光的演色性降低。
本发明是鉴于这样的现有技术所具有的课题而进行的。而且，本发明的目的在于提供即使是在色调不同的多种Ce3+活化荧光体相靠近的情况下也能够放出高演色性的输出光的发光装置。
为了解决上述课题，本发明的方案的发光装置具备：第一荧光体层，其含有包含被Ce3+活化的无机荧光体的第一荧光体；第二荧光体层，其包含被Ce3+活化的无机荧光体且包含与第一荧光体不同的第二荧光体，与第一荧光体层分开地设置；光学过滤器，其设置于第一荧光体层与第二荧光体层之间；和激发源，其放出激发第一荧光体及第二荧光体中的至少一者的光。第二荧光体具有将第一荧光体所发出的第一荧光的至少一部分吸收的光吸收特性。光学过滤器将第一荧光体所发出的第一荧光的至少一部分反射，且使第二荧光体所发出的第二荧光透射。
附图说明
图1是概略地表示本实施方式的发光装置的一个例子的剖视图。
图2是概略地表示本实施方式的发光装置的其他例子的剖视图。
图3是显示实施例中使用的荧光体的电子显微镜观察图像。(a)表示Y3Al2(AlO4)3：Ce3+荧光体，(b)表示Lu2CaMg2(SiO4)3：Ce3+荧光体。
图4中的(a)是作为第一荧光体的Y3Al2(AlO4)3：Ce3+的荧光光谱。图4中的(b)是作为第二荧光体的Lu2CaMg2(SiO4)3：Ce3+的荧光光谱。图4中的(b’)是Lu2CaMg2(SiO4)3：Ce3+的吸收光谱。
图5是表示实施例中使用的光学干涉过滤器的透光特性的光谱图。
图6是表示关于作为第二荧光体的Lu2CaMg2(SiO4)3：Ce3+而言透过光学干涉过滤器之前和透过光学干涉过滤器之后的荧光光谱的图。
图7是表示实施例的发光装置中的输出光的分光分布的一个例子的光谱图。
具体实施方式
以下，对于本实施方式，在参照附图的同时进行说明。需要说明的是，以下说明的实施方式都是表示本实施方式的优选的具体例子。因此，以下的实施方式中所示的数值、形状、材料、构成要素、构成要素的配置位置及连接形态等只不过是一个例子，主旨并不限定本实施方式。此外，图1及图2是示意图，未必是严格地被图示出的图。另外，在图1及图2中，对于实质上同一构成标注同一符号，重复的说明会进行省略或简化。
首先，对于本实施方式的发光装置的构成，使用图1及图2进行说明。图1是具有被称为透射型的结构的发光装置的概略图，图2是具有被称为反射型的结构的发光装置的概略图。
本实施方式的发光装置100具备作为波长转换体的第一荧光体层1及第二荧光体层2。具体而言，发光装置100具备：第一荧光体层1，其含有包含被Ce3+活化的无机荧光体的第一荧光体；和第二荧光体层2，其含有包含被Ce3+活化的无机荧光体的第二荧光体。另外，第一荧光体与第二荧光体为互不相同的荧光体，进而荧光的色调也互不相同。
发光装置100进一步具备设置于第一荧光体层1与第二荧光体层2之间的光学过滤器3。如图1及图2中所示的那样，在光学过滤器3的一个面3a配置有第一荧光体层1，在面3a的处于相反侧的另一个面3b侧配置有第二荧光体层2。光学过滤器3的面3a可以与第一荧光体层1相接触，也可以分开。另外，光学过滤器3的面3b可以与第二荧光体层2相接触，也可以分开。
透射型的发光装置100如图1中所示的那样具有下述特征：沿从激发源6发出的一次光4透过第一荧光体层1及第二荧光体层2那样的方向放出输出光5。另一方面，反射型的发光装置100如图2中所示的那样具有下述特征：沿一次光4被第一荧光体层1及第二荧光体层2反射那样的方向放出输出光5。
第一荧光体层1是至少包含放出第一荧光41的第一荧光体的波长转换体。第一荧光体层1是包含Ce3+活化荧光体而成的波长转换体，Ce3+活化荧光体例如放出波长在490nm以上且低于560nm、优选在500nm以上且低于550nm中具有荧光峰的荧光。
第一荧光体层1可以通过将第一荧光体用密封材料密封来制作。密封材料优选的是，有机材料及无机材料中的至少一者、特别是透明(透光性)有机材料及透明(透光性)无机材料中的至少一者。作为有机材料的密封材料，例如可列举出有机硅树脂等透明有机材料。作为无机材料的密封材料，例如可列举出低熔点玻璃等透明无机材料。
另外，作为第一荧光体层1，可以使用第一荧光体烧结而成且在内部具有多数空隙的烧结体。此外，作为第一荧光体层1，也可以使用第一荧光体烧结而成且在内部不具有多数空隙的陶瓷体。通过第一荧光体层1为这样的烧结体或陶瓷体，从而第一荧光体层1的制造、处理变得容易，因此成为适于工业生产的波长转换体。
第二荧光体层2为包含放出与第一荧光41不同的第二荧光42的第二荧光体的波长转换体。第二荧光体层2为包含Ce3+活化荧光体而成的波长转换体，Ce3+活化荧光体例如放出波长在560nm以上且低于660nm、优选在580nm以上且低于650nm中具有荧光峰的荧光。第二荧光体层2与第一荧光体层1同样地可以通过将第二荧光体用上述的密封材料密封来制作。另外，作为第二荧光体层2，也可以使用将第二荧光体烧结而成的烧结体或陶瓷体。
此外，第二荧光体具有将第一荧光体所发出的第一荧光41的光成分的至少一部分进行吸收的光吸收特性。
第一荧光体层1及第二荧光体层2的形状没有特别限定。第一荧光体层1及第二荧光体层2优选为薄板状，也优选为圆盘状或方板状。这样形状的第一荧光体层1及第二荧光体层2变得容易制造、处理。
光学过滤器3是具有光线透射率的波长依赖性的构件。也就是说，光学过滤器3是下述构件：使入射光中的特定的波长范围的光透射、将其他的波长范围的光反射或吸收。
在图1及图2中，一次光4为激发源6所放出的光。而且，一次光4是激发第一荧光体层1中包含的第一荧光体及第二荧光体层2中包含的第二荧光体中的至少一者的光。此外，一次光4优选为激发第一荧光体及第二荧光体这两者的光。
一次光4例如可以设定为选自近紫外线、紫色光及蓝色光中的至少一种光。需要说明的是，近紫外线是选自波长为200～280nm的UV-C、波长为280～315nm的UV-B及波长为315～380nm的UV-A中的至少一种。紫色光为波长为380～450nm的可见光。蓝色光为波长为450～495nm的可见光。
输出光5是发光装置100所放出的光，例如为照明用途的白色光。此外，输出光5也可以设定为将一次光4、一次光4被第一荧光体波长转换而成的第一荧光41和一次光4被第二荧光体波长转换而成的第二荧光42进行加法混合而得到的混色光。
像这样，本实施方式的发光装置100具备：第一荧光体层1；第二荧光体层2；光学过滤器3；和将激发第一荧光体层1及第二荧光体层2中的至少一者而得到的一次光4放出的激发源6。也就是说，发光装置100至少具备：放出第一荧光41的第一荧光体；放出色调与第一荧光体不同的第二荧光的第二荧光体；光学过滤器3；和激发源6。
而且，光学过滤器3具有下述功能：使第二荧光42的光成分透射，但减少照射至第二荧光体的第一荧光41的光成分。另外，光学过滤器3优选具有使从激发源6发出的一次光4透射的功能。进而，光学过滤器3按照减少照射至第二荧光体的第一荧光41的光成分的方式来配置。也就是说，光学过滤器3通过设置于第一荧光体层1与第二荧光体层2之间，从而从第一荧光体层1发出的第一荧光41难以到达第二荧光体层2中包含的第二荧光体。
为了从这样的发光装置100放出输出光5，首先，使用激发源6，从第一荧光体层1侧或第二荧光体层2侧照射一次光4。具体而言，在图1中所示的透射型的发光装置100中，从第二荧光体层2侧朝向上方照射一次光4。照射至第二荧光体层2的一次光4的一部分被第二荧光体吸收，激发第二荧光体。然后，被激发的第二荧光体朝向上方放出第二荧光42。光学过滤器3由于可以使第二荧光42及一次光4透射，因此第二荧光42及未被第二荧光体吸收的一次光4透过光学过滤器3而到达至第一荧光体层1。
到达至第一荧光体层1的一次光4的一部分被第一荧光体吸收，激发第一荧光体。然后，被激发的第一荧光体如图1中所示的那样朝向上方及下方放出第一荧光41。这里，光学过滤器3具有使第二荧光42及一次光4透射、但将第一荧光41反射的功能。因此，从第一荧光体朝向下方放出的第一荧光41b在光学过滤器3的面3a进行反射，向上方放出。此外，到达至第一荧光体层1的第二荧光42未被第一荧光体吸收，透过第一荧光体层1。
于是，从第一荧光体层1向上方发出的第一荧光41a及在光学过滤器3发生反射而透过了第一荧光体层1的第一荧光41b和透过了光学过滤器3及第一荧光体层1的第二荧光42及一次光4被加色混合。其结果是，这些光成分混色而成的输出光5被放出至发光装置100的外部。
这里，在第一荧光体层1与第二荧光体层2之间未设置光学过滤器3的情况下，从第一荧光体层1朝向下方放出的第一荧光41b会到达至第二荧光体层2。如上述那样，第二荧光体由于具有将第一荧光体所发出的第一荧光41的至少一部分吸收的特性，因此到达至第二荧光体的第一荧光41b的至少一部分会被第二荧光体吸收。其结果是，第一荧光41的荧光光谱形状变得难以保持本来的光谱形状，所得到的输出光5的演色性降低。
然而，在本实施方式的发光装置100中，通过光学过滤器3的作用，可抑制第一荧光41的光成分被第二荧光体吸收。因此，具有波长依赖性的第二荧光体的光吸收特性对第一荧光41造成的影响得以缓和。其结果是，第一荧光41的荧光光谱形状变得容易保持本来的形状，变得能够放出成为高演色性的照明光的输出光5。
为了从图2中所示的反射型的发光装置100放出输出光5，首先，使用激发源6，从第一荧光体层1侧朝向下方照射一次光4。照射至第一荧光体层1的一次光4的一部分被第一荧光体吸收，激发第一荧光体。然后，所激发的第一荧光体朝向上方及下方放出第一荧光41。这里，光学过滤器3具有使一次光4透射但将第一荧光41反射的功能。因此，从第一荧光体朝向下方放出的第一荧光41b在光学过滤器3的面3a进行反射，向上方放出。
未被第一荧光体层1吸收的一次光4透过光学过滤器3而到达至第二荧光体层2。照射至第二荧光体层2的一次光4的一部分被第二荧光体吸收，激发第二荧光体。然后，所激发的第二荧光体朝向上方放出第二荧光42。这里，光学过滤器3由于能够使第二荧光42透射，因此第二荧光42透过光学过滤器3而到达至第一荧光体层1。此外，到达至第一荧光体层1的第二荧光42未被第一荧光体吸收，透过第一荧光体层1。
此外，一次光4的一部分在第一荧光体层1的面1a、光学过滤器3的面3a及第二荧光体层2的面2a进行反射，朝向上方放出。
于是，从第一荧光体层1向上方发出的第一荧光41a和在光学过滤器3发生反射而透过了第一荧光体层1的第一荧光41b、透过了光学过滤器3和第一荧光体层1的第二荧光42、以及一次光4被加色混合。其结果是，这些光成分混色而成的输出光5被放出至发光装置100的外部。
这里，在第一荧光体层1与第二荧光体层2之间未设置光学过滤器3的情况下，从第一荧光体层1朝向下方放出的第一荧光41b会到达至第二荧光体层2。由于到达至第二荧光体的第一荧光41b的至少一部分会被第二荧光体吸收，因此所得到的输出光5的演色性降低。然而，在发光装置100中，通过光学过滤器3的作用，可抑制第一荧光41的光成分被第二荧光体光吸收。因此，第一荧光41的荧光光谱形状变得容易保持本来的形状，变得能够放出高演色性的输出光5。
在发光装置100中，第一荧光41优选在490nm以上且低于560nm的波长范围内具有荧光峰。另外，第一荧光41更优选在500nm以上且低于550nm的波长范围内具有荧光峰，进一步优选在510nm以上且低于540nm的波长范围内具有荧光峰。另外，第二荧光42优选在560nm以上且低于660nm的波长范围内具有荧光峰。另外，第二荧光42更优选在580nm以上且低于650nm的波长范围内具有荧光峰，进一步优选在600nm以上且低于640nm的波长范围内具有荧光峰。这种情况下，能够获得至少放出高演色性照明所需的绿色系(蓝绿色或绿色)的荧光成分和暖色系(橙色或红色)的荧光成分的发光装置。
在发光装置100中，优选的是，第一荧光体及第二荧光体中的至少一者为具有石榴石型的晶体结构的石榴石荧光体。另外，更优选的是，第一荧光体及第二荧光体两者都为具有石榴石型的晶体结构的石榴石荧光体。石榴石荧光体由于制造容易且作为固体照明用具有较高的实绩，因此能够获得制造容易且长期可靠性优异的发光装置。
在发光装置100中，第一荧光体优选为以选自Y3Al2(AlO4)3、Y3Ga2(AlO4)3、Lu3Al2(AlO4)3及Lu3Ga2(AlO4)3中的至少一者作为母体而成的荧光体。也就是说，第一荧光体优选为以这些铝酸盐化合物中的任一者作为母体而成的石榴石荧光体。以铝酸盐化合物作为母体而成的Ce3+活化石榴石荧光体放出包含大量有助于照明光的演色性提高的蓝绿色或绿色的光成分的荧光。因此，通过使用这些石榴石荧光体作为第一荧光体，能够获得放出蓝绿色或绿色的光成分相对较多、在演色性的方面为有利的照明光的发光装置。另外，由于石榴石荧光体作为固体照明用也具有较高的实绩，因此能够获得长期可靠性优异的发光装置。
另外，以这些铝酸盐化合物作为母体而成的Ce3+活化石榴石荧光体包含大量对于橙色～红色而言处于接近补色的关系的蓝绿色～绿色的光成分。因此，通过与以Lu2CaMg2(SiO4)3作为母体而成的Ce3+活化荧光体进行组合，能够制成具有高效率且高可靠性、且容易获得白色系光的发光装置。
其中，上述的所谓“以选自Y3Al2(AlO4)3、Y3Ga2(AlO4)3、Lu3Al2(AlO4)3及Lu3Ga2(AlO4)3中的至少一者作为母体而成的荧光体”是指以下面的(1)～(6)中的任一者作为母体、并且含有Ce3+作为发光中心的石榴石荧光体。
(1)作为铝酸盐化合物的Y3Al2(AlO4)3、Y3Ga2(AlO4)3、Lu3Al2(AlO4)3或Lu3Ga2(AlO4)3
(2)以选自上述的铝酸盐化合物中的至少两种石榴石化合物作为端成分而成的固溶体
(3)作为上述的铝酸盐化合物中的任一者的固溶比例为60摩尔％以上、特别是80摩尔％以上的固溶体的石榴石化合物
(4)将上述的任一种铝酸盐化合物的构成元素的一部分用别的元素置换来改变组成而得到的石榴石化合物、且其为不伴随电荷补偿的石榴石化合物
(5)将上述的任一种铝酸盐化合物的构成元素的一部分用别的元素置换来改变组成而得到的石榴石化合物、且其为伴随电荷补偿的石榴石化合物
(6)以选自上述(1)至(5)中的至少两种石榴石化合物作为端成分而成的固溶体
需要说明的是，作为第一荧光体，并不限于包含铝酸盐化合物的荧光体。作为第一荧光体，可以使用以下述化合物作为母体而成的Ce3+活化荧光体，该化合物是以具有钙铁素体型结构的碱土类金属复合氧化物、碱土类金属卤代铝酸盐、稀土类铝酸盐、碱土类金属硅酸盐、稀土类氧氮化铝硅酸盐、稀土类氮化铝硅酸盐或稀土类氧氮化硅酸盐作为主要成分。
具体而言，作为第一荧光体，可以使用以选自MRE2O4、M3AlO4F、M2REX2(AlO4)3、M3RE2(SiO4)3、REAl(Si6-zAlz)(N10-zOz)、RESi3N5、RE5(SiO4)3N、RE4Si2O7N2、RESiO2N、RE2Si3O3N4、RE5Si3O12N及RE3Si8O4N11中的任一化合物作为母体而成的Ce3+活化荧光体。另外，作为第一荧光体，可以使用将以上述的任一化合物为端成分的固溶体作为母体而成的Ce3+活化荧光体。其中，在上述化合物中，M为碱土类金属，RE为稀土类元素，X为选自Zr及Hf中的至少一种元素，z为满足0≤z<1的数值。
更具体而言，作为第一荧光体，例如可以使用以选自SrLu2O4、SrSc2O4、Sr3AlO4F、Ca2YZr2(AlO4)3、Ca3Sc2(SiO4)3、LaAlSi6N10、LaSi3N5、Y5(SiO4)3N、Y4Si2O7N2、Y2Si3O3N4、La5Si3O12N、La3Si8O4N11中的任一化合物作为母体而成的Ce3+活化荧光体。另外，作为第一荧光体，可以使用将以上述的任一化合物为端成分的固溶体作为母体而成的Ce3+活化荧光体。
这些荧光体能够放出在420nm以上且低于530nm、特别是在440～510nm的波长范围内具有峰的荧光。另外，这些荧光体能够放出包含大量蓝绿色的光成分的荧光。因此，能够获得放出蓝绿色的光成分相对较多、在演色性的方面为有利的照明光的发光装置。
在发光装置100中，第二荧光体优选为以Lu2CaMg2(SiO4)3作为母体而成的荧光体。也就是说，第二荧光体优选为以作为硅酸盐化合物的Lu2CaMg2(SiO4)3作为母体而成的石榴石荧光体。以Lu2CaMg2(SiO4)3作为母体而成的Ce3+活化石榴石荧光体放出包含大量红色光成分的橙色光。另外，该Ce3+活化石榴石荧光体是温度消光比较小的荧光体。因此，通过使用这样的石榴石荧光体作为第二荧光体，能够获得放出在照明用途中所必需的红色光成分多的输出光5且效率及可靠性高的发光装置。
另外，以Lu2CaMg2(SiO4)3作为母体的Ce3+活化石榴石荧光体放出包含大量对于蓝绿色或绿色而言处于接近补色的关系的橙色或红色的光成分的荧光。因此，通过将该Ce3+活化石榴石荧光体与放出蓝绿色光或绿色光的第一荧光体组合，能够获得白色系的输出光5。特别是，通过将该Ce3+活化石榴石荧光体与以Y3Al2(AlO4)3、Y3Ga2(AlO4)3、Lu3Al2(AlO4)3、Lu3Ga2(AlO4)3作为母体而成的Ce3+活化荧光体组合，可获得白色系的输出光5。
其中，上述的所谓“以Lu2CaMg2(SiO4)3作为母体而成的荧光体”是指以下面的(1)～(5)中的任一者作为母体、并且含有Ce3+作为发光中心的石榴石荧光体。
(1)作为硅酸盐化合物的Lu2CaMg2(SiO4)3
(2)Lu2CaMg2(SiO4)3的固溶比例为60摩尔％以上、特别是80摩尔％以上的固溶体
(3)将Lu2CaMg2(SiO4)3的构成元素的一部分用别的元素置换来改变组成而得到的石榴石化合物、且其为不伴随电荷补偿的石榴石化合物
(4)将Lu2CaMg2(SiO4)3的构成元素的一部分用别的元素置换来改变组成而得到的石榴石化合物、且其为伴随电荷补偿的石榴石化合物
(5)以选自上述(1)至(4)中的至少两种石榴石化合物作为端成分而成的固溶体
在发光装置100中，优选的是，激发源6放出一次光4，且光学过滤器3使一次光4透射。由此，透过了光学过滤器3的一次光4可以作为第一荧光体及第二荧光体的激发光来利用。其结果是，一次光4的至少一部分被第一荧光体进行波长转换，转换成第一荧光41。此外，一次光4的至少一部分被第二荧光体进行波长转换，转换成第二荧光42。此外，透过了光学过滤器3的一次光4也可以作为从发光装置100放出的输出光5的光成分来利用。
在发光装置100中，一次光4优选为在420nm以上且低于470nm的波长范围内具有峰的蓝色光。另外，一次光4更优选为在440nm以上且低于460nm的波长范围内具有峰的蓝色光。由此，可以将短波长可见光即蓝色光作为第一荧光体及第二荧光体的激发光以及发光装置的输出光5的一部分来利用。
在发光装置100中，优选一次光4为激光。由此，可以将光密度大、定向性和聚束性优异的激光作为第一荧光体及第二荧光体的激发光以及发光装置的输出光5来利用。
如上所述，光学过滤器3是使入射光中的特定的波长范围的光透射、且将其他的波长范围的光反射或吸收的构件。而且，光学过滤器3优选的是，490nm以上且低于560nm的波长范围内的光线透射率小于440nm以上且低于460nm的波长范围内的光线透射率及610nm以上且低于630nm的波长范围内的光线透射率。也就是说，光学过滤器3优选的是，波长为490nm以上且低于560nm的蓝绿色至绿色光的透射率小于波长为440nm以上且低于460nm的蓝色光的透射率及波长为610nm以上且低于630nm的红色光的透射率。另外，光学过滤器3优选的是，波长为500nm以上且低于550nm的蓝绿色至绿色光的透射率小于波长为440nm以上且低于460nm的蓝色光的透射率及波长为610nm以上且低于630nm的红色光的透射率。
像这样，通过利用蓝色和红色的光成分容易透射、绿色的光成分难以透射的光学过滤器3，能够相对地提高绿色系光中的短波长侧(蓝色～蓝绿色)的光成分的透射率。因此，即使第二荧光体所放出的第二荧光为红色纯度差的橙色光，也能够利用比较多的蓝色的光成分来获得高演色性的输出光5。另外，通过利用这样的光学过滤器，能够相对地降低红色系光中的短波长侧(绿～黄)的光成分的透射率。因此，即使第二荧光体所放出的第二荧光为红色纯度差的橙色光，也能够利用红色纯度良好的光成分来获得高演色性的输出光5。
光学过滤器3优选蓝色光的透射率为30％以上，更优选为50％以上。另外，光学过滤器3优选红色光的透射率为80％以上，更优选为90％以上。光学过滤器3优选蓝绿色至绿色光的透射率低于30％，更优选为低于10％，特别优选为低于5％。此外，在光学过滤器3中，优选蓝色光的透射率低于红色光的透射率。作为一次光4，在使用光谱半值宽度相对于荧光体的荧光成分相对窄的蓝色光例如蓝色激光的情况下，光学过滤器3按照抑制蓝色光成分的输出比例的方式起作用。因此，变得能够容易地获得低色温的输出光5。
其中，在光学过滤器3中，透射率的上限为100％，下限为0％。因此，蓝色光、红色光及蓝绿色至绿色光的透射率为0％～100％的范围内的数值。
在发光装置100中，光学过滤器3优选为仅由无机材料形成的构件。由于仅由无机材料形成的光学过滤器3在耐热性、耐久性的方面优异，因此能够获得耐热性和耐久性提高的发光装置。
在发光装置100中，光学过滤器3优选的是，在560nm以上且低于660nm的波长范围内，600nm以上且低于660nm的光成分的透射率的积分值大于560nm以上且低于600nm的光成分的透射率的积分值。由此，透过光学过滤器3之后的第二荧光42的色调与透过光学过滤器3之前的第二荧光42的色调相比，红色的色调变得优异。也就是说，透过光学过滤器3之后的第二荧光42与透过光学过滤器3之前的第二荧光42相比红色成分增加。因此，成为放出色调良好的红色的光成分的输出光5，因此变得容易获得高演色性的输出光5。也就是说，变得容易获得关于红色的彩度的高低的尺度即特殊演色评价数R9的数值高的输出光5。
在发光装置100中，光学过滤器3优选为光学干涉过滤器。光学干涉过滤器是在基板的表面形成介电体薄膜而成的过滤器。另外，介电体薄膜是利用了下述现象的薄膜：通过在空气与介电体、介电体与基板、以及不同的介电体彼此的界面上产生的反射发生干涉从而使光的透射特性发生改变。通过使用这样的光学干涉过滤器，变得能够降低第一荧光41的光成分的透射率，另一方面，能够相对地提高第二荧光42的光成分的透射率。另外，光学干涉过滤器由于设计变更和获得也是容易的，因此变得能够比较容易地构成所期望的发光装置。
此外，光学过滤器3通常具有根据入射光的入射角度的不同从而透射特性发生改变的特性。因此，激发源6所放出的一次光4优选相对于光学过滤器3的入射面垂直或大致垂直地入射。另外，第二荧光体层2也优选配置于与光学过滤器3分开的部位。由此，可抑制一次光4和/或第二荧光42相对于光学过滤器3的入射面倾斜地入射。因此，变得能够将光学过滤器3的透射特性直接反映到输出光5。需要说明的是，所谓“相对于光学过滤器3的光入射面大致垂直”是指相对于光入射面成为90°±10°的方向，更优选为相对于光入射面成为90°±5°的方向。
在本实施方式中，发光装置100优选放出包含激发源6所放出的一次光4、第一荧光体所放出的第一荧光41和第二荧光体所放出的第二荧光42的输出光5。由此，变得容易获得由一次光4的光成分、第一荧光41的光成分与第二荧光42的光成分的加色混合而得到的输出光5、特别是白色系的输出光5。
在发光装置100中，输出光5优选为相关色温为2500K以上且低于8000K的白色光，更优选为2800K～6700K的白色光。由此，变得容易获得放出作为照明用途需要较多的白色光的发光装置100。
输出光5的平均演色评价数Ra优选超过80，更优选为85以上，特别优选为90以上。由此，变得能够获得放出作为照明用途需要较多的高演色性的白色光的发光装置100。
另外，输出光5的特殊演色评价数R9优选为超过30，更优选为50以上，特别优选为60以上。由此，变得能够获得放出作为照明用途需要较多、被照射物的红色得以强调的白色光的发光装置100。
输出光5的分光分布可以设定为具有光学过滤器3的透光特性的痕迹(trace)的分光分布。由此，能够获得放出色调良好的红色的光成分的输出光5。
在发光装置100中，输出光5优选作为照明光或显示像素来利用。由此，能够获得可以作为照明装置或显示装置来利用的发光装置。
作为发光装置100的具体例子优选的是，利用荧光体而构成的半导体发光装置、照明光源、照明装置、显示装置等，特别是激光照明、激光投影仪。而且，在发光装置100中，激发源6优选为放出短波长可见光的固体发光元件。通过使用固体发光元件作为激发源6，变得能够实现耐受冲击的全固体的发光装置、例如固体照明。此外，固体发光元件特别优选为激光二极管。
此外，发光装置100优选为适于屋外照明、店铺照明、调光系统、设施照明、海洋照明及内窥镜中的任一用途的装置。另外，当然也可以设定为利用了近年来技术的进展惊人的IoT或AI而成的发光装置。
像这样，本实施方式的发光装置100具备：含有包含被Ce3+活化的无机荧光体的第一荧光体的第一荧光体层1；和包含被Ce3+活化的无机荧光体且包含与第一荧光体不同的第二荧光体的第二荧光体层2。第二荧光体层2与第一荧光体层1分开地设置。发光装置100进一步具备：设置于第一荧光体层1与第二荧光体层2之间的光学过滤器3；和放出激发第一荧光体及第二荧光体中的至少一者的光的激发源6。第二荧光体具有将第一荧光体所发出的第一荧光41的至少一部分吸收的光吸收特性。光学过滤器3将第一荧光体所发出的第一荧光41的至少一部分反射，且使第二荧光体所发出的第二荧光42透射。
在发光装置100中，在第一荧光体层1与第二荧光体层2之间夹有光学过滤器3。因此，从第一荧光体层1发出的第一荧光41变得难以被第二荧光体层2吸收，因此第一荧光41的荧光光谱形状变得容易保持本来的形状。其结果是，即使是在荧光的色调不同的第一荧光体层1与第二荧光体层2相靠近的情况下，也变得能够放出高演色性的输出光5。
实施例
以下，通过实施例对本实施方式进一步进行详细说明，但本实施方式并不限于这些实施例。
实施例中，制作了图1中所示的透射型的发光装置。需要说明的是，图2中所示的反射型的发光装置由于在原理上显然可得到与透射型的发光装置同样的作用效果，因此省略了说明。
作为放出第一荧光的第一荧光体，使用了Y3Al2(AlO4)3：Ce3+荧光体。此外，Y3Al2(AlO4)3：Ce3+荧光体的中心粒径D50为17μm。另外，作为放出第二荧光的第二荧光体，使用了Lu2CaMg2(SiO4)3：Ce3+荧光体。此外，Lu2CaMg2(SiO4)3：Ce3+荧光体的中心粒径D50为25μm。
需要说明的是，Y3Al2(AlO4)3：Ce3+荧光体使用了市售品，Lu2CaMg2(SiO4)3：Ce3+荧光体使用了自制品。具体而言，Lu2CaMg2(SiO4)3：Ce3+荧光体是通过将氧化物陶瓷原料与作为反应促进剂发挥功能的化合物的混合粉末在1300～1400℃的温度下进行加热反应而制作的。
为了参考起见，在图3的(a)中，示出了Y3Al2(AlO4)3：Ce3+荧光体的电子显微镜照片。在图3(b)中，示出了Lu2CaMg2(SiO4)3：Ce3+荧光体的电子显微镜照片。另外，表1中汇总示出了这些荧光体的特性。
[表1]
Figure BDA0002543131940000151
※为推定组成。
关于表1中所示的平均的粒子尺寸，任意地抽出20个通过图3中所示的电子显微镜观察图像可以识别为一次粒子的粒子，设定为这些粒子的最长轴长度的平均值。需要说明的是，图3中所示的电子显微镜观察图像的倍率为1000倍。
本实施例中，作为第一荧光体及第二荧光体，只要准备具有在地质学上被定义为泥沙的粒径(1/16mm～1/256mm)的粉末状的荧光体即可。此外，荧光体没有必要为粉末状，也可以为陶瓷烧结体、单晶的荧光体。
作为激发源，使用了蓝色激光二极管(LD)。另外，作为一次光，使用了蓝色激光二极管放出、且峰为455nm的蓝色激光。另外，作为光学过滤器，使用了SIGMAKOKI Co.,LTD.制的光学干涉过滤器(件号YIF-BA600IFS)。
本实施例的发光装置具备：放出峰波长为540nm的第一荧光的Y3Al2(AlO4)3：Ce3+荧光体；和放出峰波长为600nm的第二荧光的Lu2CaMg2(SiO4)3：Ce3+荧光体。另外，发光装置具备：用于激发Y3Al2(AlO4)3：Ce3+荧光体及Lu2CaMg2(SiO4)3：Ce3+荧光体的蓝色激光二极管；和光学干涉过滤器。
为了参考起见，在图4中，示出了Y3Al2(AlO4)3：Ce3+荧光体的荧光光谱(图4中(a))和Lu2CaMg2(SiO4)3：Ce3+荧光体的荧光光谱(图4中(b))。另外，在图4中，汇总示出了Lu2CaMg2(SiO4)3：Ce3+荧光体的光吸收率的波长依赖性、即Lu2CaMg2(SiO4)3：Ce3+荧光体的激发光谱(图4中(b’))。如由图4的(a)和(b)获知的那样，Y3Al2(AlO4)3：Ce3+荧光体为放出在540nm附近具有荧光峰的绿色光的绿色荧光体。另外，Lu2CaMg2(SiO4)3：Ce3+荧光体为放出在600nm附近具有荧光峰的橙色光的橙色荧光体。也就是说，Y3Al2(AlO4)3：Ce3+荧光体与Lu2CaMg2(SiO4)3：Ce3+荧光体为荧光的色调互不相同的荧光体。
如由图4的(a)及(b’)获知的那样，Y3Al2(AlO4)3：Ce3+荧光体的荧光光谱与Lu2CaMg2(SiO4)3：Ce3+荧光体的激发光谱具有重叠。也就是说，Lu2CaMg2(SiO4)3：Ce3+荧光体具有将Y3Al2(AlO4)3：Ce3+荧光体所放出的荧光(第一荧光)的一部分吸收的光吸收特性。
另外，如果将图4的(a)及(b’)进行对比，则还获知：越是Y3Al2(AlO4)3：Ce3+荧光体的荧光光谱中的短波长侧的光成分，与Lu2CaMg2(SiO4)3：Ce3+荧光体的激发光谱的重叠变得越大。也就是说，Lu2CaMg2(SiO4)3：Ce3+荧光体具有将Y3Al2(AlO4)3：Ce3+荧光体的荧光光谱中的短波长侧的荧光成分很好地吸收的性质。因此，在不使用光学过滤器而使两者的荧光体相靠近时，Y3Al2(AlO4)3：Ce3+荧光体的荧光成分的一部分、特别是短波长侧的荧光成分会被Lu2CaMg2(SiO4)3：Ce3+荧光体吸收。
其中，未被Lu2CaMg2(SiO4)3：Ce3+荧光体吸收的Y3Al2(AlO4)3：Ce3+荧光体的荧光成分会被直接放射。因此，Y3Al2(AlO4)3：Ce3+荧光体所放出的荧光成分变化为具有短波长侧的蓝绿色光的强度降低的荧光光谱形状的荧光成分。其结果是，Y3Al2(AlO4)3：Ce3+荧光体所放出的荧光变成峰波长在表观上发生长波长偏移的荧光。需要说明的是，为了便于说明，将该现象称为“荧光体间的干涉效果”。像这样操作，Y3Al2(AlO4)3：Ce3+荧光体本来所具有的蓝绿色～绿色的光成分的强度降低，输出光的演色性变得下降。
图5中，示出了实施例中使用的光学干涉过滤器的在350nm～800nm的波长范围内的透光特性。如由图5获知的那样，光学干涉过滤器的490nm以上且低于560nm的波长范围内的透射率相对于440nm以上且低于460nm的波长范围内的透射率及610nm以上且低于630nm的波长范围内的透射率大幅地小。也就是说，就光学干涉过滤器而言，蓝绿色至绿色光的透射率相对于蓝色光的透射率及红色光的透射率大幅地小。例如在光学干涉过滤器中，440nm以上且低于460nm的波长范围内的蓝色光的透射率为19％以上且低于76％，高于蓝绿色至绿色光的透射率，低于红色光的透射率。490nm以上且低于560nm的波长范围内的蓝绿色至绿色光的透射率为0.005％以上且低于0.5％，低于蓝色光及红色光的透射率。610nm以上且低于630nm的波长范围内的红色光的透射率为99％以上且低于100％，高于蓝色光至绿色光的透射率。
像这样，本实施例的光学干涉过滤器具有下述功能：使一次光(蓝色激光)及第二荧光的光成分透射，使Y3Al2(AlO4)3：Ce3+荧光体的荧光成分、特别是蓝绿至绿色的波长区域的荧光成分难以透射。
此外，光学干涉过滤器的500nm以上且低于600nm的光成分的透射率的积分值特别是在低于595nm时几乎为零。因此，无需进行计算，长波长侧即600nm以上且低于660nm的光成分的透射率的积分值变得较大。
图6中，以实线示出了从Lu2CaMg2(SiO4)3：Ce3+荧光体发出的荧光透过光学干涉过滤器之后的分光分布。为了参考起见，图6中，还以点线示出了Lu2CaMg2(SiO4)3：Ce3+荧光体的荧光透过光学干涉过滤器之前的分光分布、即Lu2CaMg2(SiO4)3：Ce3+荧光体的荧光光谱。如图6中所示的那样，Lu2CaMg2(SiO4)3：Ce3+荧光体的荧光通过透过光学干涉过滤器而成为具有低于600nm的绿色～黄色的波长区域的荧光成分被截掉的分光分布的光。其结果是，通过透过光学干涉过滤器，从而Lu2CaMg2(SiO4)3：Ce3+荧光体的荧光变成红色纯度良好的荧光。
其中，如图5中所示的那样，光学干涉过滤器的490nm以上且低于560nm的波长范围内的透射率实质上为零，将蓝绿色至绿色光的大部分反射。因此，在将光学干涉过滤器配置于Y3Al2(AlO4)3：Ce3+与Lu2CaMg2(SiO4)3：Ce3+之间的情况下，Y3Al2(AlO4)3：Ce3+所放出的荧光成分几乎全部被光学干涉过滤器反射。于是，从Y3Al2(AlO4)3：Ce3+荧光体到达至Lu2CaMg2(SiO4)3：Ce3+荧光体的荧光成分、特别是蓝绿色至绿色的荧光成分变得可以忽视。其结果是，变得能够降低荧光体间的干涉效果、抑制输出光的演色性的降低。
另外，如图5中所示的那样，光学干涉过滤器使440nm以上且低于460nm的波长范围内的蓝色光大量透射。因此，实施例的发光装置所放出的输出光变成将蓝色激光、Y3Al2(AlO4)3：Ce3+荧光体的荧光和透过光学干涉过滤器之后的Lu2CaMg2(SiO4)3：Ce3+荧光体的荧光进行加色混合而成的光。
这样的加色混合光的分光分布如今通过模拟可以容易地获得。另外，模拟的分光分布与实测数据也比较一致。因此，对将这些光组合而成、且位于黑体轨迹上的白色光进行了模拟。
图7是模拟的一个例子，示出了相关色温为3000K的白色输出光的分光分布。由图7的分光分布求出的平均演色评价数Ra为91.8，特殊演色评价数R9为68.7。即，根据本实施例，可获得平均演色评价数Ra超过90的高演色性的照明光。另外，还可获得特殊演色评价数R9超过60的高演色性的照明光。
需要说明的是，如由图5及图7获知的那样，图7的分光分布成为具有图5的光学干涉过滤器所具有的透光特性的痕迹的分光分布。而且，其结果是，成为黄色的波长区域的强度低、取得了蓝绿红的强度的平衡的分光分布，得到了兼顾高的平均演色评价数Ra及高的特殊演色评价数R9的光。
表2中，示出了与上述同样地操作来模拟相关色温为2500K～8000K的白色光且算出演色评价数而得到的结果。
[表2]
相关色温 Ra R9
2500 92.8 74.8
3000 91.8 68.7
3500 88.1 58.0
4000 84.6 45.9
4500 81.7 33.9
5000 79.1 21.1
5500 77.6 13.1
6000 76.1 5.4
6500 74.9 -2.0
7000 73.8 -8.8
7500 72.8 -15.2
8000 71.9 -21.0
如表2中所示的那样，在4500K以下的相关色温的情况下，得到了超过80的平均演色评价数Ra。在3000K以下的相关色温的情况下，得到了超过90的平均演色评价数Ra。进而，在6000K以下的相关色温的情况下，得到了超过0的特殊演色评价数R9。在4500K以下的相关色温的情况下，得到了超过30的特殊演色评价数R9。另外，在3500K以下的相关色温的情况下，得到了超过50的特殊演色评价数R9。
为了参考起见，在表3中，示出了使用Y3Ga2(AlO4)3：Ce3+荧光体来代替实施例的Y3Al2(AlO4)3：Ce3+荧光体进行模拟而得到的结果。此外，Y3Al2(AlO4)3：Ce3+荧光体的荧光峰波长为540nm，Y3Ga2(AlO4)3：Ce3+荧光体的荧光峰波长为535nm。
[表3]
相关色温 Ra R9
2500 85.2 92.6
3000 89.1 91.4
3500 92.3 94.8
4000 93.9 97.2
4500 94.2 91.7
5000 92.7 84.1
5500 91.7 80.2
6000 90.6 76.1
6500 89.5 71.8
7000 88.5 67.6
7500 87.6 63.6
8000 86.8 59.7
如表3中所示的那样，在2500K～8000K中的任一相关色温的情况下，都得到了超过85的平均演色评价数Ra。在3500K以上且低于6500K的相关色温的情况下，得到了超过90的平均演色评价数Ra。另外，在任一相关色温的情况下，都得到了超过60的特殊演色评价数R9。在5500K以上的相关色温的情况下，得到了超过80的特殊演色评价数R9。
另外，为了参考起见，在表4中示出了使用Lu3Al2(AlO4)3：Ce3+荧光体来代替实施例的Y3Al2(AlO4)3：Ce3+荧光体进行模拟而得到的结果。此外，Y3Al2(AlO4)3：Ce3+荧光体的荧光峰波长为540nm，Lu3Al2(AlO4)3：Ce3+荧光体的荧光峰波长为518nm。
[表4]
相关色温 Ra R9
2500 77.2 72.6
3000 80.7 65.3
3500 84.1 64.1
4000 87.1 65.9
4500 89.5 69.0
5000 90.7 73.5
5500 91.6 74.8
6000 92.2 76.8
6500 92.7 79.2
7000 93.0 81.7
7500 93.1 84.3
8000 93.2 86.8
如表4中所示的那样，在3000K以上的相关色温的情况下，得到了超过80的平均演色评价数Ra。在5000K以上的相关色温的情况下，得到了超过90的平均演色评价数Ra。另外，在任一相关色温的情况下，都得到了超过60的特殊演色评价数R9。在7000K以上的相关色温的情况下，得到了超过80的特殊演色评价数R9。
像这样，根据本实施例，可知：通过适当替换第一荧光体来控制第一荧光的荧光光谱、荧光峰波长，可以控制平均演色评价数Ra、特殊演色评价数R9。而且可知：可实现至少在2500K～8000K的范围内兼顾90以上的平均演色评价数Ra和60以上的特殊演色评价数R9的高演色性的照明光。
以上，通过实施例对本实施方式进行了说明，但本实施方式并不限于这些，在本实施方式的主旨的范围内可以进行各种变形。
日本特愿2017-241754号(申请日：2017年12月18日)的全部内容被援引于此。
产业上的可利用性
根据本申请，能够提供即使是在色调不同的多种Ce3+活化荧光体相靠近的情况下也能够放出高演色性的输出光的发光装置。
符号的说明
1 第一荧光体层
2 第二荧光体层
3 光学过滤器
4 一次光
5 输出光
6 激发源
41、41a、41b 第一荧光
42 第二荧光
100 发光装置

Claims (16)

1.一种发光装置，其具备：
第一荧光体层，其含有包含被Ce3+活化的无机荧光体的第一荧光体；
第二荧光体层，其包含被Ce3+活化的无机荧光体且包含与所述第一荧光体不同的第二荧光体，与所述第一荧光体层分开地设置；
光学过滤器，其设置于所述第一荧光体层与所述第二荧光体层之间；和
激发源，其放出激发所述第一荧光体及所述第二荧光体中的至少一者的光，
所述第二荧光体具有将所述第一荧光体所发出的第一荧光的至少一部分吸收的光吸收特性，
所述光学过滤器将所述第一荧光体所发出的第一荧光的至少一部分反射，且使所述第二荧光体所发出的第二荧光透射。
2.根据权利要求1所述的发光装置，其中，所述第一荧光在490nm以上且低于560nm的波长范围内具有荧光峰，
所述第二荧光在560nm以上且低于660nm的波长范围内具有荧光峰。
3.根据权利要求1或2所述的发光装置，其中，所述第一荧光体及所述第二荧光体中的至少一者为具有石榴石型的晶体结构的石榴石荧光体。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的发光装置，其中，所述第一荧光体为以选自Y3Al2(AlO4)3、Y3Ga2(AlO4)3、Lu3Al2(AlO4)3及Lu3Ga2(AlO4)3中的至少一者作为母体而成的荧光体。
5.根据权利要求1至4中任一项所述的发光装置，其中，所述第二荧光体为以Lu2CaMg2(SiO4)3作为母体而成的荧光体。
6.根据权利要求1至5中任一项所述的发光装置，其中，所述激发源放出一次光，所述光学过滤器使所述一次光透射。
7.根据权利要求6所述的发光装置，其中，所述一次光为在420nm以上且低于470nm的波长范围内具有峰的蓝色光。
8.根据权利要求6或7所述的发光装置，其中，所述一次光为激光。
9.根据权利要求1至8中任一项所述的发光装置，其中，所述光学过滤器的490nm以上且低于560nm的波长范围内的光线透射率小于440nm以上且低于460nm的波长范围内的光线透射率及610nm以上且低于630nm的波长范围内的光线透射率。
10.根据权利要求1至9中任一项所述的发光装置，其中，所述光学过滤器为仅由无机材料形成的构件。
11.根据权利要求1至10中任一项所述的发光装置，其中，透过所述光学过滤器之后的所述第二荧光与透过所述光学过滤器之前的所述第二荧光相比红色成分增加。
12.根据权利要求1至11中任一项所述的发光装置，其放出包含所述激发源所放出的一次光、所述第一荧光体所放出的第一荧光和所述第二荧光体所放出的第二荧光的输出光。
13.根据权利要求12所述的发光装置，其中，所述输出光为相关色温为2500K以上且低于8000K的白色光。
14.根据权利要求12或13所述的发光装置，其中，所述输出光的平均演色评价数Ra超过80。
15.根据权利要求12至14中任一项所述的发光装置，其中，所述输出光的特殊演色评价数R9超过30。
16.根据权利要求12至15中任一项所述的发光装置，其中，所述输出光作为照明光或显示像素来利用。
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